赤潮监测预警体系的建设

赤潮监测预警体系的建设叶丽娜目前我国的海洋污染监测主要依靠船只定期调查和岸滨人工定期观测。

由于条件限制，难以发现短周期的尤其是像赤潮灾害等突发性的变化。

近年来，国内外监测赤潮的主要手段是船只和飞机或卫星。

常规船只监测赤潮需要采样进行生物、化学分析，既耗材又费时费力。

飞机和卫星监测费用高，且受天气等限制。

赤潮形成机理复杂，其爆发又颇具偶然性，靠传统的监测手段必然无法解决赤潮监测与预警的问题，因此必须通过建设先进的赤潮监测预警体系，准确预警海洋赤潮灾害，才能减少赤潮造成的损失。

建立赤潮预警预报体系的紧迫性赤潮(又称红潮，国际上通称为“有害藻华”)，是海洋中某一种或几种浮游生物在一定环境条件下爆发性繁殖或高度聚集，引起海水变色，影响和危害其它海洋生物正常生存的灾害性海洋生态异常现象。

赤潮爆发时，因赤潮生物种类和数量的不同，海水可呈现红、黄、绿等不同颜色。

国内外大量研究表明，赤潮的危害性极大。

赤潮不仅给水体生态环境造成危害，也给渔业资源和生产造成重大经济损失，而且还给旅游业和人类带来了危害，已成为全球性的海洋灾害之一，因而被喻为“红色幽灵”。

20多年来，随着我国经济的迅猛发展和城市化进程的加快，沿海地区工农业废水和生活污水排海量不断增加，近岸水体富营养化加剧，为赤潮爆发提供了必要的物质条件。

进入20世纪90年代，我国赤潮已呈现出发生频率增加、爆发规模扩大、原因种类增多、危害程度加重的发展趋势，赤潮灾害已居世界前列，经济损失也不断增加。

从全国来看，仅据国家海洋环境监测系统资料显示，20世纪80年代我国近海记录到赤潮75次，90年代则高达234次，进入21世纪，沿岸赤潮继续呈频发态势，仅2003年就发生119次；一次赤潮的面积从几平方公里扩大到几千甚至上万平方公里，2004年5月浙江沿海发生的赤潮面积就超过1万平方公里；发生区域从近岸局部海域发展到整个近海海域；灾害损失从90年代初期的近亿元增至90年代末期的近10亿元，进入21世纪经济损失有增无减。

1998年在珠江口海域发生的大面积赤潮持续了30多天，一次造成约4亿元的渔业损失。

在厦门海域，2001～2005年共发生赤潮25次，累计赤潮发生面积900平方公里左右；其中2005年就记录赤潮7次，累计赤潮面积258平方公里。

为了防范赤潮的危害，长期以来世界上诸多滨海国家都投入了相当多的力量开展赤潮的研究。

由于能形成赤潮的浮游生物种类繁多，它们爆发性生长所需的条件各异，因此赤潮形成的原因非常复杂。

研究表明，赤潮的主要成因来自于生物、物理和化学三方面因素。

但从根本上分析，赤潮生物的存在和水体污染（海洋水体富营养化，即海洋中营养物质如氮、磷等过剩）是影响赤潮发生的最主要原因。

追根溯源，这些氮、磷正是来源于人类的生产生活活动制造的废水、污水和废物。

工业废水中的有机物、重金属、无机盐，农业生产施用化肥、灌溉、冲刷出来的废水中的氮和磷，养殖废水中的营养盐、有机物和油，以及生活废水中大量的有机物、营养盐和磷，都源源不断地随污水流入江河，最终汇入大海，使海洋真正成了一个大型垃圾场。

此外，海区的地理位置、地形特征、水文、气象、海流、海况等都是形成赤潮的自然因子。

在海水交换较差的内湾或较封闭海湾的交汇面、峰面及排污口附近沿岸，海水有上升流的海域，也都具有赤潮形成的条件。

目前，由于引发赤潮的生物种类繁多，爆发机制各异，人们对于很多赤潮的生成机理的研究尚未从根本上突破，所以难以从发生机理上来控制赤潮的发生。

对大范围赤潮的防治技术也还很不成熟，难以投入使用。

而为了有效减轻赤潮灾害造成的损失，赤潮预警又非常紧迫，因此许多国家把研究的重心都放在赤潮预警预报这个世界性的难题之上。

20世纪90年代以来，国外海洋水质自动监测系统发展迅速，逐渐从试验、试用阶段进入准业务运行阶段。

这些水质自动监测系统多数以水质监测浮标的形式出现，少数以岸基水质监测站的形式出现。

在水质监测浮标中，一部分是在原有的海洋气象、水文浮标上增加相应的化学生物传感器或仪器设备组成，如挪威海洋公司（OCEANOR）的SEAWATCH系统、德国造船和核能研究中心（GKSS）和海洋环境遥控测量和综合监测系统、法国海洋开发研究院（IFREMER）的沿海环境自动监测网等；另一部分是以原有的多参数水质监测仪为基础加上通讯设备、电源和浮标体组成，如美国金泉仪器公司（YSI）的环境监测系统、澳大利亚Greenspan技术有限公司的水质监测系统和美国Hydrolab公司的水质监测浮标等。

海洋水质自动监测系统为赤潮监测预警系统的建设奠定了较为坚实的基础。

我国在20世纪末把海洋监测技术列入863计划，在“十五”期间也把赤潮灾害预报技术研究列入国家科技攻关计划重点项目，并根据我国目前的国情和国力，采取了以赤潮灾害监测为基础，以减灾防灾为突破口等切实可行的做法。

按照预防为主、防控治相结合的原则，通过建立、健全全国赤潮监测预警系统和赤潮灾害应急响应体系等措施，来减轻赤潮灾害经济损失，保护人民身体健康。

赤潮监测预警体系的构建构建赤潮监测预警体系极大减少了赤潮预报工作的日常海上现场取样的工作量，为广大渔业工作者及海水养殖业者提供更及时的服务。

而要建立赤潮预警体系，就必须在所关心的近岸海域布设日常监测点，开展高频率、高密度、定期的监视监测工作，通过对与赤潮相关的因素进行长期实时监测，建立起赤潮自动监测系统和监视与信息网络。

经过多年努力，国家海洋局现已建立起由卫星、飞机、船舶、浮标和岸站组成的国家海洋环境监视监测网络，成立了国家和地方相结合、专业和群众相结合的全国赤潮立体监视监测网络。

“九五”期间对赤潮灾害卫星遥感、航空光谱测量、船舶现场调查采样、实验室贝毒检测等赤潮监测技术和灾害分析评估技术进行了研究。

然而，现有的监测手段在监测布点、频次、项目以及资料传输的要求上与海上赤潮监测高密度、高频率、应急性的技术要求还存在较大差距。

为此，许多沿海城市的环保部门或海洋部门都在积极探索赤潮监测预警系统的可行方法，开展了赤潮发生条件分析与预报研究。

由于赤潮起因复杂，要对可能导致赤潮的因子都进行实时监测，不仅要消耗巨大的人力、物力和财力，而且对许多监测因子而言是不可能或没必要。

因此，国内一些沿海城市（如深圳）就在重点海水养殖区和海水浴场布设多个监测点，监测水文气象、海水水质、赤潮生物、贝类毒素等项目。

厦门市环境监测中心站在总结、分析海洋水质自动监测系统与本地赤潮研究成果的基础上，认为海洋污染/生态环境监测浮标技术是实现海洋污染及生态环境监测自动化和网络化及在线原位连续监测的最有效技术手段，集传感器技术、现场自动采样分析技术、计算机数据采集处理技术、数据通信和定位技术及浮标设计与制造技术等高新技术为一体，可望成为赤潮监测预警体系的技术支撑。

为此，2003年5月引进了美国Endeco/YSI公司生产的EMM700型海洋水质监测浮标（图1），投放于厦门湾西部海域宝珠屿附近水域进行水质生态实时长期监测（图2），通过对获取的大量水质监测数据进行分析，筛选优化了监测因子，并尝试建立起赤潮监测预警预报体系。

EMM700型海洋水质监测浮标由浮标体、多参数水质监测仪和氮磷监测仪、数据采集控制系统、太阳能供电系统、无线通讯系统、双锚定回收系统、警示灯标与雷达反射器和GPS 全球定位系统组成，不仅具备水质多参数监测功能，而且具有数据存储处理和无线传输及自供电与异常状况报警等功能。

其中YSI6600EDS 多参数水质监测仪和NPA Plus 氮磷监测仪可同时监测硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐、溶解氧、叶绿素、蓝绿藻、浊度、pH 、氧化还原电位、电导、盐度、水温,其测量方法均符合相应的国家或国际标准。

由YSI6600EDS 多参数水质监测仪和NPA Plus 氮磷监测仪实时监测的数据，通过CR10X 数据采集控制系统，再经由GPRS 数字式无线传输方式发送到厦门市环境监测中心站的自动控制室，这些信息经过判读就可以生成赤潮预警报告。

赤潮预警因子的优选与预报为了优选赤潮预警因子，厦门市环境监测中心站在美国Endeco/YSI 公司中国金泉仪器公司的密切配合下，分析了厦门海域发生赤潮的历史资料及其相关的气象、海况和海水的理化和生物指标，查阅了国内外有关的赤潮研究报告。

在比较了赤潮发生前后和有无发生赤潮海区上述相关指标的指标值的变化情况的基础上，优化了赤潮预警因子，并开展了必要的验证实验。

经过对大量实时监测的数据分析发现：赤潮发生大面积爆发之前1～3天，溶解氧、pH 和叶绿素三个因子的在线记录数据都有异常波动，而且是同步涨落。

为此，溶解氧、pH 值和叶绿素可以作为赤潮监测的预警因子。

图3中的曲线分别是由YSI6600EDS 多参数水质监测仪和叶绿素测量仪的探头自动采集，并通过赤潮监测预警体系获得的赤潮爆发前后的溶解氧、pH 值和叶绿素测量数据图。

图2 厦门西海域（宝珠屿）监测浮标图1 海洋水质监测浮标图3 赤潮爆发前后溶解氧、pH值、叶绿素的测量数据图由图3可见，在赤潮生成前期上述各种在线监测因子的记录所反映的数据曲线是平直的图形。

在赤潮爆发的初期，随着藻类的逐渐增多，水中的溶解氧也相应地增多，溶解氧一般会由5mg/L左右增加到12mg/L左右，而随着藻类生物对氧气的大量消耗，到了赤潮的后期，水中的溶解氧将迅速下降。

由于溶解在水中的二氧化碳事实上是平衡海水酸碱性的碳酸，反映着介质pH值的变化。

虽然不同海区的pH值会有所差异，一般都是7～8之间，说明正常的海水是呈现微碱性。

但是，在赤潮爆发伊始，水中增多的游离氧和溶解氧与氢离子结合成水分子，碳酸氢根作为碳源和其他营养盐一起被藻类生物所消耗，成为快速繁殖藻类的含碳化合物及其他化合物，水中的酸度就会下降，因而pH值就上升到8.3左右。

随着赤潮后期藻类生物的死亡，pH值才向正常海水的酸碱度回归。

而在赤潮爆发前藻类开始聚集成团块，与传感器作用后所表现的信号便使叶绿素数据曲线涨落幅度开始加大，而一旦形成大团块也就是赤潮大爆发，所记录的曲线就有剧烈的波动。

通过对探索建立的赤潮监测预警体系在线测量数据的变化分析及其在实践中探索的经验，找到了与海洋赤潮发生有显著关联的pH值、溶解氧、叶绿素3个指标因子，并探索了一套赤潮预警预报和全程跟踪的方法。

该赤潮监测预警体系简捷、投资经济、预报准确、信息可供社会共享。

因此，厦门市环境监测中心站在原有工作的基础上，与厦门市海洋与渔业局合作在厦门海域开展了系统、长期的赤潮监测和预警预报工作。

在厦门比较容易发生赤潮的同安湾及西海域等海区布设了3个监测点，安放赤潮监测预警装置，对与赤潮相关的一些关键参数（象pH值、溶解氧、叶绿素）进行了常年高频度的在线监测，形成了较为完善的赤潮监测预警体系，为政府管理部门及时了解赤潮灾情、有效防治海洋赤潮灾害和组织防灾、减灾，及时提供了科学的依据和宝贵的信息，提高了赤潮灾害防治能力，促进了海洋经济建设和社会的健康发展。